宁夏银川市高中物理 第十三章 光 第1节 光的反射和折射课件 新人教版选修34.ppt

光到底是什么 17世纪明确形成了两大对立学说 牛顿 惠更斯 微粒说 波动说 19世纪初证明了波动说的正确性 由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风 19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说 光具有粒子性 这里的光子完全不同于牛顿所说的 微粒 生活中的光现象 海市蜃楼 第十三章光 第1节光的反射和折射 学习目标 1 知道光的反射定律 并能解释生活中的反射现象 2 知道折射定律的内容 掌握折射定律的公式 3 会熟练做出折射光路图 并能用折射定律解释有关的光现象和有关的计算 4 理解折射率概念 知道折射率与光速的关系 掌握折射率的决定式 5 知道光路是可逆的 并能用来处理有关的问题 当光束由空气斜射向玻璃表面时 入射光束在界面上将发生那些光现象 实验演示 光从空气射到玻璃上 在界面上一部分光束发生反射 回到空气中 另一部分光束射入玻璃中并改变了原来的传播方向 发生了折射 实验结论 1 反射定律 反射光线与入射光线 法线处于同一平面内 反射光线和入射光线分别位于法线的两侧 反射角等于入射角 一 光的反射 2 常见的反射现象 二 光的折射 1 折射现象 光从一种介质射入到另一介质时传播方向发生改变的现象 叫做光的折射 2 入射角 入射光线和法线的夹角 如图i 折射角 折射光线和法线的夹角 如图r 入射角跟折射角之间究竟有什么关系呢 实验演示一 将半圆形玻璃砖放在适当位置 打开激光演示仪 让激光器发出的一束激光照在半圆形透明玻璃砖的直面上 改变入射角 让学生观察折射角 入射角的变化情况 观看实验视频 入射角跟折射角之间究竟有什么关系呢 讨论与分析 1 观察 随着入射角增大 折射角如何变化 2 猜想 入射角 折射角的变化有什么数学规律 可能的猜想方向 入射角与折射角是成正比例增加 还是成平方 成平方根的增加 还是其他关系 折射角与入射角之间确切的定量关系究竟是怎样的呢 入射角跟折射角之间究竟有什么关系呢 实验结果分析 二 光的折射 3 折射定律 折射光线与入射光线 法线处在同一平面内 折射光线与入射光线分别位于法线两侧 入射角和折射角的正弦成正比 4 定义式 科学的足迹 对于光的折射现象 人类早在公元140年就进行了测量 直到1621年 才由荷兰数学家斯涅尔找到了折射角与入射角之间的这种定量关系 可见 发现或总结一个物理规律需要坚强的毅力和持之以恒的科学精神 因此 折射定律又叫斯涅尔定律 如果光束沿着原来折射光线逆向射到界面上 光束折射后 就会沿着原来的入射光线方向传播 在折射现象中 光路也是可逆的 光路可逆原理 当光从空气 光疏介质 斜射入水 光密介质 时 折射角小于入射角 当光从水 光密介质 斜射入空气 光疏介质 折射角大于入射角 三 折射率 1 定义 物理学中把光从真空射入某种介质发生折射时 入射角与折射角的正弦之比n 叫做这种介质的绝对折射率 研究表明 光在不同介质的速度不同 这也正是光发生折射的原因 2 物理意义 反映介质的光学性质的物理量 即反映介质对光的偏折作用大小 折射率越大 对光的偏折程度越明显 反之越弱 真空本身的折射率n 1 几种介质的折射率 三 折射率 3 折射率与光速的关系 1 某种介质的折射率 等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比 即 3 真空的折射率为1 其余介质的折射率都大于1 折射率无单位 2 决定式 1 在光的折射现象中 折射角随着入射角的变化而变化 而两角的正弦值之比是个常数 即n与i和r均无关2 对于不同的介质 折射率的值是不同的 3 介质的折射率是由介质本身性质决定的 它取决于光在介质中传播的速度 4 由于不同频率的色光在同一种介质中传播速度不同 红光的传播速度最大 折射率最小 紫光的传播速度最小 折射率最大 对于折射率应从下面几个层次来理解 1 铅笔弯折之谜 空气 水 a a 界面 四 利用光的折射解释实际问题 2 水中硬币 硬币 空气 水 人在水上看到物体像 比实际物体位置偏上 感觉水比较浅 四 利用光的折射解释实际问题 由于光的折射 水中物体的位置看起来比实际位置要高些 3 渔民叉鱼 渔民怎样才能叉到鱼 四 利用光的折射解释实际问题 空气 水 界面 a a 从水中看水面上的物体 物体比实际的高度要高 四 利用光的折射解释实际问题 假设地球表面不存在大气层 那么人们观察到的日出时刻与存在大气层的情况相比 a 将提前b 将延后c 在某些地区将提前 在另一些地区将延后d 不变 b 应用分析 典例分析 例1 光线以30 的入射角从玻璃射向空气 它的反射光线与折射光线成90 夹角 则玻璃的折射率为 例2 已知光在某介质中的传播速度是2 122 108m s 当光线由该介质射入空气时 入射光与介质界面的夹角为60 求 此时的折射角为多少 典例分析 由 1 2 两式解得 为在空气中光线 法线间的夹角为在介质中光线与法线间的夹角30 所以 例3 如图一个储油桶的底面直径与高均为d 当桶内没有油时 从某点 恰能看到桶底边缘的某点 当桶内油的深度等于桶高的一半时 仍沿 方向看去 恰好看到桶低上的点c 两点距离d 4 求油的折射率和光在油中传播的速度 g 典例分析 o 因底面直径和桶高相等 由此可知 aof abg 450 又 od 2cd 油的折射率 光在油中的传播速度 解 结束 问题 玻璃是一种透明介质 光从空气入射到玻璃的界面上会发生折射 如何把玻璃的折射率测出来 实验 测玻璃砖的折射率 一 实验器材 玻璃砖 白纸 大头针若干 铅笔 直尺 量角器 二 实验原理 根据折射率的定义 要测折射率 必须知道与一个折射现象对应的折射角和入射角 空气 玻璃 i r 界面 法线 三 实验步骤 1 铺纸 将白纸用图钉固定在木板上 2 在白纸上画一条线aa 作为界面 过aa 上的一点o 作为入射点 画法线n n 并画ao作为入射光线 3 把玻璃砖放在白纸上 使它的一边与aa 对齐 确保o为实际入射点 确定 如何确定 联想验证平行四边形定则实验中记录力的方向 玻璃砖的另一界面bb 确保出射点准确 步骤 边听边模仿 插针法 步骤 边听边模仿 4 在直线ao上竖直插大头针p1 p2 透过玻璃砖观察大头针p1 p2的像 调整视线让p2挡住p1的像 再在另一侧竖直插上两枚大头针p3 p4 使p3挡住p1 p2的像 p4挡住p3 p2 p1的像 记下p3 p4位置 5 移去大头针和玻璃砖 过p3 p4所在处作直线dc与bb 交于o 作为实际出射点 直线o d代表沿ao方向的入射光通过玻璃砖后的传播方向 6 连接oo 入射角i aon 折射角r noo 用量角器量出入射角和折射角 求出对应的正弦值 记录在表格中 7 用上述方法求出入射角分别为300 450 600时的折射角 查出它们的正弦值 填入表格中 8 算出不同入射角时的入射角与折射角的正弦比值 最后求出几次实验的平均值为折射率 四 注意事项 1 入射角一般取15o 75o为宜 太小 相对误差大 太大 使折射光线弱 不易观察 2 插针要竖直 且间距适当大些 精确确定光路 3 插针法实验 玻璃砖不能动 移动会改变光路图 4 确定边界线时严禁把玻璃砖当尺子用 损坏玻璃砖 画边界线时描两点确定边界线 5 玻璃砖宽度在5cm以上 让折射光线长点以减小误差 五 数据处理 1 计算法 量角度计算 2 作图法 画一个圆与入射 折射光线相交于a e两点 从交点作两条与法线垂直的线段 量出两条线段长度 课堂小结 光的反射和折射 反射 折射 干涉 衍射 波 光波 光电效应 粒子 光子 光的波